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      旅行者飛這么遠,究竟是怎么通信的?

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2020-12-01

      原標題:旅行者飛這么遠,NASA用什么技術來監控?放心,旅行者已經在瞎飛

      旅行者的飛行畫面就不可能啦,請不要認為像好萊塢大片中控制無人機定點清除基地組織某個頭目那樣可以看到實時的畫面!能和旅行者保持的僅僅是幾個byte的聯系,一張圖片要發很久,而且延時也越來越久,到最近連最基本的聯系都無法繼續保持.....

      一、旅行者用什么通信?

      自從無線電通信方式發明以來,除了光纜能到達的超大容量數據通信以外,其他遠距離超遠距離通信已經被無線電徹底替代,甚至你家里的無上網已經替代了網線,和手機代替了座機,而跨越宇宙空間的,也只能通過無線電來通信

      1、無線電通信

      無線電通信原理理解起來并不難,將聲音、文字、數據或者圖像等信號調制在無線電波中,傳輸到遠方,在通過解碼的方式還原,這就成了我們所熟悉的無線電通信!

      上圖是中波中波廣播電臺使用的調制方式:調幅,設備簡單但抗干擾能力不強,除了調幅還有調頻等,當然這些都是模擬通訊方式,而與之相對的則是抗干擾更強的數字通訊!

      這個接收到的幅度只有2種,低電平和高電平,它抗干擾能力更強,而包含的信息量多少則和頻率有關,頻率越高每秒發送的信號低電平和高電平信號就越多,那么包含的信息量就越多,這表示帶寬就越大!

      2、旅行者一號的通信頻率和帶寬是多少

      旅行者通訊一2.3GHZ或者8.4GHZ的頻率在深空網絡通道18中傳輸數據,從地球向旅行者發送測控信號時使用的則是2.1GHZ。當旅行者和地球之間無法通訊時,數據將被暫存在一個空間為64千字節的數字磁帶記錄器中!會在重新和地球建立聯系時候繼續傳送數據!不過要提醒一下的是當前旅行者和地球之間的通訊延時超過20個小時!

      整個旅行者一號的結構是圍繞它那面直徑為3.7M的巨大的天線展開的,因為旅行者一號的無線電通信的設計理念是跨越太陽系內無線電通訊的極限!但由于距離遙遠,為了保證信息準確無誤,在信號傳輸過程中加入了大量的糾錯技術,因此有效信息的傳輸速度非常低,甚至都不到1kb!也就是1024字節,現代高分辨率手機的一張照片最低大約為3-4MB,更大的有10MB,單反的RAW格式照片有30-50MB,1MB=1024×1024字節,假如要發送一張手機照片的話,需要1024×1024/86400×3=12.13629天×3=36.41天!

      當然旅行者也會使用壓縮技術,但因通訊條件原因,經常會中斷,真的難以想象旅行者怎么把那些精彩絕倫的照片發回來的!

      比如上圖是柯伊伯帶附近拍攝的地球照片,大量黑色的背景可以被壓縮,只是種花家實在找不到旅行者一號當年的壓縮算法!不知道格式是不是JPEG哈.........不過肯定不是,因為JPG團隊都是1986年才創立的,1992年才發布標準。

      3、為旅行者通訊的的保障措施

      NASA的DSN(深太空網絡)是深空測控關鍵網絡,分別位于美國(加州)、西班牙(馬德里)和澳大利亞(堪培拉),為NASA的深空探測器提供通訊與下載數據服務,當然也會在射電天文和雷達天文學相關觀測。

      DSN節點分布與測控角度示意圖,在3萬千米以內時會有部分死角,但只要超過此距離,它將必然位于某個節點的通訊范圍之內!

      旅行者的發射功率僅僅20W左右,無線電信號與距離的平方成反比,那么那么通過將近150天文單位的距離到達地球時信號強度僅為4.17×10^-26 W/m^2,上圖深空那個網絡中最大的發射天線直徑達到了70M,最大的單一70M天線上獲得信號去強度為1.6×10^-22W,這個小數點后面有22個零的數字,種花家念不出來哈!

      4、最后一次修正

      2017年12月2日,旅行者1號的控制團隊最后一次對它的姿態做出修正指令,保證旅行者的天線準確指向地球,為此旅行者將增加數據傳輸約2-3年,未來電力不足將難以為繼,但這自這次調整以后,人類再也無能為力對它做出修正,它目前已經在瞎飛!

      二、有實時可以保持遠距離甚至超遠距離的通信嗎?

      延時將近20小時,甚至1Kb都無法保持的通訊,你不得不佩服科學家的耐心,種花家在刷網頁時稍微延遲下就有點受不了,那么有沒有一種超高速度、超遠距離的通訊方式嗎?

      1、太陽系內的中繼通信

      新視野號的通訊方式雖然有所改善,但并沒有達到高速的程度,這是信號傳輸方式和衰減造成的,未來的解決方式是在小行星帶建立中繼通信,提高信噪比,增加傳輸速率!

      UNICON星座就是這樣一種存在,將在小行星帶建立一個由激光相互連接的星座,對深空探測進行中繼通訊支持,到那時應該會有所改觀。但通訊延遲,似乎是一個無法解決的問題。

      2、量子糾纏&加密通信

      量子糾纏其實根本就無法用來通訊,因為這種疊加態會在被探測的同時坍縮,因此量子糾纏通訊是不可能的,而現代所謂的量子通訊都是加密通訊,而對于地球上,這種延時并不明顯,更重要的是加密需求,不可破解的量子加密通訊的誘惑力是致命的!

      3、真正實時的通信

      《星際之門-宇宙》中有一種通訊石,是一種無論相隔多遠都可以實時通訊的一種方式,它來自超級文明,并不是地球上的產物!但現代人類并不擁有這樣的技術,我們無法從原理上來探知這種通訊方式!

      而量子糾纏通訊則從原理上將我們的實時通訊道路封死了,因為傳遞信息無法超過光速!可能未來還有很長的路要走!

      三、旅行者一號會去到哪里

      旅行者一號是第一個飛出日球層的人造飛行物,它的飛行方向是蛇夫座附近!

      旅行者一號并沒有朝著指定的恒星前進,旅行者的目的就是飛出太陽系(簡單的說就是丟了),目標當時可能還沒想好哈!不過它大約會在4萬年后經過蛇夫座AC+793888恒星附近(1.6光年處),請注意這顆恒星靠近太陽系方向的速度(119千米/秒)遠超旅行者一號的速度(17.062千米/秒)

      Tags:無線電通信,天線,無線電  
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